Die lokale Umgebung spielt eine entscheidende Rolle für die Gesundheit und Vielfalt des Darmmikrobioms von Wildbienen, was dazu beitragen könnte, unsichtbare Stressoren und Frühindikatoren für potenzielle Bedrohungen zu erkennen, sagen Wissenschaftler der York University in einer neuen Studie.
Die Forscher erkundeten eine neue Grenze der Metagenomik und sequenzierten ganze Genome von drei Arten von Holzbienen, einer Art Wildbienen, in Nordamerika, Asien und Australien. Diese Analyse ermöglichte es ihnen, Einblicke in das Darmmikrobiom der Biene (Bakterien und Pilze), die Ernährung und Viruslast sowie ihre Umwelt-DNA zu gewinnen.
Im Gegensatz zu sozialen Bienen (wie Honigbienen und Hummeln) fanden die Forscher heraus, dass Einzelbienen ihr Mikrobiom, das für die Gesundheit wichtig ist, aus ihrer Umgebung beziehen, wo sie nach Nahrung suchen, anstatt es von ihren Nestgenossen zu erben. Zimmermannsbienen graben sich in holzige Pflanzenstiele ein, um Eier zu legen, anstatt in Bienenstöcken.
„Dies könnte sie zu besseren Bioindikatoren machen, da sie viel empfindlicher auf ihre Umgebung reagieren“, sagt Sandra Rehan, assoziierte Professorin der Fakultät für Naturwissenschaften, korrespondierende Autorin der Forschung Mikrobiome“, die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Kommunikationsbiologie.
In Australien hatten die lokalen Bevölkerungen sehr charakteristische Metagenome und Mikrobiome; so sehr, dass maschinelle Lernwerkzeuge zuverlässig vorhersagen konnten, aus welcher Population jede Biene stammt.
Das Forschungsteam entdeckte auch Pflanzenpathogene in den Mikrobiomen von Zimmermannsbienen, die zuvor nur bei Honigbienen gefunden wurden.
„Diese Krankheitserreger sind nicht unbedingt schädlich für Bienen, aber diese Wildbienen könnten möglicherweise Krankheiten übertragen, die negative Auswirkungen auf die Landwirtschaft haben könnten“, sagt Rehan. Es ist wichtig herauszufinden, wie sich diese Krankheitserreger in Wildbienen ausbreiten, da Bienen zusätzlich zu mehr als 200 Milliarden US-Dollar an jährlichen landwirtschaftlichen Dienstleistungen zur ökologischen und landwirtschaftlichen Gesundheit weltweit beitragen.
Die Festlegung einer Basislinie dafür, wie ein gesundes Mikrobiom bei Wildbienen aussieht, ermöglicht es Wissenschaftlern, Arten über Kontinente und Populationen hinweg zu vergleichen und herauszufinden, wie Krankheiten und schädliche Mikrobiota eingeführt und übertragen werden.
„Wir können die Bienengesundheit sehr systematisch untersuchen, indem wir die Populationsgenetik und die Belastung durch Parasiten, gesunde Mikrobiome und Abweichungen betrachten“, sagt Rehan, dessen Postdoktorand Wyatt Shell die Studie leitete. „Das langfristige Ziel ist wirklich, mit diesen Tools auch Frühsignaturen von Stress und renaturierungs- oder schutzbedürftigen Lebensräumen erkennen zu können. Es quasi zu einem Diagnosetool für die Bienengesundheit zu entwickeln.“
Forscher glauben, dass sie zum ersten Mal das Kernmikrobiom von Holzbienen erfasst haben. Sie fanden nützliche Bakterien in allen drei Holzbienenarten, die bei metabolischen und genetischen Funktionen halfen. Sie entdeckten auch Arten von Laktobazilleneine essentielle nützliche Bakteriengruppe, die für eine gute Darmgesundheit unerlässlich ist und in den meisten Bienenlinien vorkommt. Laktobazillen kann vor vorherrschenden Pilzpathogenen schützen, das Immunsystem stärken und die Nährstoffaufnahme erleichtern.
Allerdings ist ein kürzlich veröffentlichtes Papier in der Zeitschrift Umwelt-DNA von Rehan und ihrem Doktoranden Phuong Nguyen, Entwicklungsmikrobiom der kleinen Holzbiene, Ceratina calcaratadie das Mikrobiom in Brut und erwachsenen Holzbienen in Städten untersuchten, fanden heraus, dass sie fehlten Laktobazillen.
„Das weckt rote Fahnen“, sagt Rehan. „Wir setzen diese Studien fort, um differenziertere Stadt-Land-Vergleiche und Langzeitdaten zu betrachten, um diese Umweltstressoren wirklich zu verstehen. Jedes Mal, wenn wir ein Mikrobiom charakterisieren und Abweichungen von dem sehen, was wir als normal kennen, kann es uns einen Hinweis darauf geben eine bedrohte Population oder Art.“
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass metagenomische Methoden wichtige Einblicke in die Ökologie und Gesundheit von Wildbienen in der Zukunft liefern könnten.
„Wir haben diesen Forschungsansatz bei einigen Arten pilotiert, aber wir zielen darauf ab, Dutzende von Wildbienenarten zu untersuchen, und breitere Vergleiche stehen bevor. Diese beiden Studien legen wirklich die Grundlage“, sagt sie. „Das langfristige Ziel besteht wirklich darin, diese Werkzeuge verwenden zu können, um frühe Signaturen von Stress bei Wildbienen zu erkennen und dadurch Lebensräume zu identifizieren, die restauriert oder erhalten werden müssen. Wir freuen uns darauf, die Werkzeuge für eine neue Ära der Wildbienen zu bauen Forschung und Erhaltung.“
Vergleichende Metagenomik liefert erweiterte Einblicke in die intra- und interspezifische Variation 2 unter den Mikrobiomen von Wildbienen, Kommunikationsbiologie (2022).